Compatibilidad electromagnética en la industria

Transcripción

1 Compatibilidad electromagnética en la industria eléctrica M. en C. Rodrigo Jiménez, ANCE, NOTA. El Centro Nacional de Metrología no es responsable del contenido de este documento. Para cualquier duda o aclaración favor de dirigirse con el autor.

2 Objetivo El propósito de este trabajo es mostrar: 1.- El impacto de los fenómenos electromagnéticos en los equipos que se utilizan en la industria eléctrica; así como 2.- Los requisitos it de inmunidad id d a perturbaciones electromagnéticas aplicables a equipos y sistemas que se destinan a utilizarse en la industria eléctrica, por ejemplo, por las compañías suministradoras de energía eléctrica en sus procesos de generación, transmisión y distribución. Que tiene la finalidad de: Optimizar los escasos recursos. Mejorar la compatibilidad de estos equipos. Extender la vida útil de los equipos. Mejorar el diagnostico de éstos y sobre todo; La implementación del concepto de mantenimiento centrado en la confiabilidad.

3 Introducción Los principales retos de los equipos y sistemas en la industria eléctrica: Incrementar la competitividad. Proporcionar un mejor servicio. Implementar estrategias para mejorar la administración de los activos. Extender la vida de los equipos. Mejorar el diagnostico de los equipos. Implementar el concepto de mantenimiento centrado en la confiabilidad.

4 Introducción Hay varias tendencias en la búsqueda de una alta disponibilidad/eficiencia de los procesos de producción en la industria eléctrica. Una de ellas se refiere a la automatización del los procesos que tiene por objetivo maximizar el uso de los activos y maximizar su seguridad de funcionamiento y su impacto en el desempeño de la producción. Lo que conlleva a un mayor uso de equipo electrónico en el control de los procesos (por ejemplo: sistemas SCADA en sistemas eléctricos de potencia).

5 Introducción Nacional SCADA/EMS Regional SCADA/EMS Regional SCADA/EMS Generación Transmisión Subestación Subestación G G G G RTU SCADA RTU SCADA Distribución RTU Subestación RTU Subestación

6 Introducción GUI Operator Training Simulator District Heating Applications Generation Management Power Plants Energy Management HV Network Energy Trading Market Applications Market Operation... Process Interface Middleware Services Distribution Management MV/LV Network Distribution Automation SCADA & Remote Communication Utility Data Warehouse Customer Meter GIS & Account Reading Asset Management &... Management Management

7 Introducción Usuario Customer complaints Recolección de información Servicio i al cliente Tipo de perturbación Tiempo de recuperación No. de usuarios afectados Registro en tiempo real de la información Relacionada con perturbaciones Subestación automatizada Ordenes para los relevadores Centro de Control Usuarios afectados Compensación Orden de trabajo Informe de trabajo Información de perturaciones Informes Retail Sales Asset Management Informes Estadisticas Spares Reparación y mantenimiento Ingeniería Asset records Informe de la perturbación Facturación

8 Introducción Sin embargo con el uso de equipo electrónico puede aumentarse el riesgo de perder grandes cantidades d de energía debido a fallas como consecuencia a contingencias no identificadas, lo cual es una responsabilidad muy grande para las compañías suministradoras de electricidad. Tales contingencias en muchas ocasiones son el resultado de perturbaciones electromagnéticas (EMC) no identificadas oportunamente.

9 Introducción En la mayoría de los equipos y sistemas de control se consideran de particular interés las funciones siguientes: Protección y teleprotección; Procesamiento y regulación en línea; Conteo; Comando y control; o Supervisión; Interfase hombre-maquina; Sistemadealarmas; alarmas; Transmisión de datos y enlaces de comunicaciones; Adquisición de datos y almacenamiento; Medidores; Monitoreo; Autodiagnóstico.

10 Introducción TC77 (Conducida) TC CISPR (Conducida) TC 77 y CISPR (Radiada) Baja frecuencia (DC-150kHz-30MHz) Alta frecuencia (30MHz-400GHz) EMC Emisión Inmunidad

11 TC 77 Emisión Conducida (Red de suministro, calidad de la energía) Inmunidad Radiada (Equipo y espectro de baja frecuencia Conducida (Equipo) Radiada (Equipo) Armónicas Interarmónicas Parpadeo Variaciones de tensión Transmisión de señales por la red de BT Transmisión de señales por la red de BT ESD BURST SURGE DIP, SAG Transmisión de señales por la red de BT RFI inducidos HEMP Campomagnético RFI Campomagnético HEMP EMC-IEC.. Red de A.C. (ETI, multimedia, ICM iluminación, Electrodoméstico) Cables de interconexión, de datos. Instrumentos de medición y métodos de prueba Campo-eléctrico (ETI, ICM, multimedia, Electrodoméstico, iluminación, vehículos) Producto ETI Producto electrodoméstico Producto multimedia TC CISPR Conducida (Red de suministro y espectro de baja frecuencia) Radiada (Espectro radio eléctrico, alta frecuencia) Conducida (Equipo) Radiada (Equipo) Emisión Inmunidad

12 Introducción Sobretensiones transitorias i (Surge) decibele es Onda sinusoidal amortiguada de 100 khz (Ring w ave) Ráfagas de impulsos eléctricos rápidos (EFT) Frecuencia en Hz

13 Continuas Variaciones lentas de tensión: - Fuente de suministro de C.A. - Fuente de suministro de C.D. Armónicas e interarmónicas. i Transmisión de señales de control en la red de suministro de C.A, Fuente de perturbaciones Transitorios de alta ocurrencia Transitorios de baja ocurrencia Caídas de tensión (duración Caídas de tensión (duración <0,02s): >0,02s): - Fuente de suministro de C.A. - Fuente de suministro de C.A. - Fuente de suministro de C.D. - Fuente de suministro de C.D. Fluctuaciones de tensión Variaciones en la frecuencia de 60 Hz Interrupciones de tensión: - Fuente de suministro de C.A. - Fuente de suministro de C.D. Rizo en la fuente de suministro C.D. Transitorios rápidos Variaciones en la frecuencia de 60 Hz Perturbaciones conducidas en el intervalo de C.D. a 150 khz. Ondas oscilatorias: ondas oscilatorias amortiguadas Transitorios por maniobra o descarga atmosférica Perturbaciones conducidas inducidas id por campos de R.F. Campos magnéticos a 60 Hz. Campos electromagnéticos radiados de R.F. Ondas oscilatorias amortiguadas de campos magnéticos Descargas electrostáticas Ondas oscilatorias: ondas sinusoidales id amortiguadas (ring wave) Campos magnéticos de 60 Hz de corta duración

14 Fuente de perturbaciones BAJ JA FRECUE ENCIA EJEMPLOS DE FENÓMENOS FUENTES Y CAUSAS ELECTROMAGNÉTICOS Armónicas Interarmónicas Cargas con característica no lineal en tensión y corriente: convertidores estáticos de frecuencia, ciclo convertidores, motores de inducción, soldadoras, etc. Señales de control sobre Señales de tensión para control líneas de distribución de baja tensión. en la red de suministro de baja tensión. Fluctuaciones de tensión Variaciones y conexión/desconexión de cargas, cambios repentinos de tensión. Caídas o depresiones de de tensión (Sag s, dip s) en Fallas y maniobras en la red de suministro de energía eléctrica. corriente alterna, interrupciones de corta duración y variaciones de tensión. Variación en la frecuencia Condiciones anormales de falla de 60 Hz. que producen la desconexión de generación, resultando como consecuencia un cambio en la frecuencia, fuera de los límites normales de tolerancia.

15 Fuente de perturbaciones S NDUCIDOS ENCIA RIOS CON A FRECUE RANSITOR ALTA TR Perturbaciones conducidas en el intervalo de frecuencias desde corriente directa hasta 150 khz (incluyendo la frecuencia de 60 Hz). Inducción de perturbaciones radiadas en conductores debido a la electrónica de potencia en instalaciones i industriales, i corriente de fuga, corrientes de falla a la frecuencia de 60 Hz, etc. Fundición del elemento fusible. Transitorio (surge) 100/1300 µs Transitorio (surge) 1,2/50 µs Fallas en la red de suministro, - 8/20 µs descargas atmosféricas. Transitorio(surge) 10/700 µs Efecto de descargas atmosféricas en líneas de telecomunicaciones. Ondas oscilatorias: ondas Efecto de maniobras, efecto sinusoidales indirecto del fenómeno de descarga atmosférica. Ráfagas de transitorios Desconexión de cargas eléctricos rápidos. reactivas, rebote de contactos en relevadores o recierres en relevadores, maniobras en SF 6. Ondas oscilatorias: ondas Maniobras en AT. oscilatorias amortiguadas

16 ESD Fuente de perturbaciones Tg Perturbaciones conducidas, Emisores de emisiones inducidas por campos de radiadas de radio frecuencia. radiofrecuencia. Descargas electrostáticas Descarga de la electricidad estática del operador en los gabinetes, envolventes, interfaces, etc. Campos magnéticos de Corrientes en circuitos de frecuencia de 60 Hz. potencia, y circuitos o redes de tierra. Campos magnéticos Corriente por descarga pulsados atmosférica en conductores y redes de tierra. Campos magnéticos Maniobras en MT y AT. oscilatorios amortiguados. Campos electromagnéticos Radiación por emisores de radio radiados de radio frecuencia frecuencia, radios de bada civil, transreceptores portátiles (walkie-talkies). S COS CAMPOS MAGNÉTIC RFE EMF

17 Terminales de alimentación ió En corriente alterna (A.C) En corriente directa (D.C) Perturbaciones electromagnéticas (EMC-Interferencias) Aparato (Inmunidad) EMC.. Puertos de señal Conexiones locales Conexiones en campo Conexión a equipo de A.T. Conexión a equipo telecomunicaciones Puesta a tierra Nivel de perturbación Nivel de inmunidad Límite de inmunidad Margen de diseño del aparato Límite de emisión Nivel de emisión DERECHOS Variable RESERVADOS independiente 2009

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20 Ejemplo de centrales generadoras G G P Blindaje Área blindada p G f Proceso (*) Equipo de alta tensión Unidad remota f l l Cuarto de control G Cuarto de equipos o interfaces l (**) t h t f f f Gabinete de relevadores (protecciones, etc) H h Tierra remota Red de tierra Conexión Red de tierra remota G: Centrales y subestaciones de MT H: Subestaciones de AT. P: Áreas protegidas, en caso. f: Campo ejemplos: conexiones en el cuarto de control o de equipos h: Equipo de AT ejemplos: conexiones entre procesos y cuarto de control t: Telecomunicaciones ejemplos: conexiones a PLC o unidades remotas de control. p: protegidas ejemplos: conexiones dentro de cuartos apantallados.

21 Evaluación

22 Funciones Protección y teleprotección procesamiento en línea y regulación medición comando y control supervis ión interfase hombremaquina cuadro de alarmas transmisión de datos y enlaces de comunicaciones adquisición de datos y almacenamiento medidores autodiagnóstico Evaluación Requisitos de funcionamiento vs. Fenómeno electrom agnético Fenómenos Fenómenos Fenómenos transitorios con transitorios con continuos una alta una baja ocurrencia ocurrencia Funcionamiento normal dentro de los límites especificados No se permite deg radación de funcionamiento o pérdida de funciones. R etardo corto Pérdida temporal, auto recuperación P aro y reinicio del sistema Retardo corto, indicación temporal errónea No se permiten pérdidas, posible Pérdida temporal degradación en la de datos velocidad del bit de error Degradación temporal Degradación temporal, auto recuperación autodiagnóstico Pérdida temporal poral, auto recuperación

23 Consideraciones para establecer requisitos de inmunidad 1. Fenómeno en consideración 2. Entorno en el cual se encuentra el equipo 3. Límite o Nivel de emisión/inmunidad 4. Puerto o terminales donde se aplica la prueba 5. Criterio de funcionamiento

24 Normas Mexicanas de producto con requisitos de EMC NMX-J-501-ANCE, Sistemas de excitación estáticos controlados por tiristores para generador síncrono - Especificaciones y métodos de prueba NMX-J-502/1-ANCE, Guía para especificar sistemas de control de turbinas hidráulicas. NMX-J-517-ANCE ANCE, Productos eléctricos-restauradores automáticos para sistemas de corriente alterna de clase 15 kv hasta 38 kv- Especificaciones y métodos de prueba. NMX-J-356-ANCE, Productos eléctricos-cuchillas seccionadoras de operación sin carga para alta tensión para servicio interior y exterior- especificaciones i y métodos de prueba.

25 Normas Mexicanas de producto con requisitos de EMC NMX-J-550/14-2-ANCE, Compatibilidad electromagnética (EMC) - parte 14-2: Requisitos para aparatos electrodomésticos, herramientas eléctricas y aparatos similares - Requisitos de inmunidad. NMX-J ANCE, Iluminación - Compatibilidad electromagnética - Inmunidad para equipos con propósitos de iluminación en general - Especificaciones y métodos de prueba. NMX-J ANCE, Transformadores, unidades de alimentación, reactores y productos similares - Requisitos de compatibilidad electromagnética. NMX-J-610/6-2-ANCE, Compatibilidad d electromagnética (EMC) - parte 6-2: Normas genéricas - Requisitos de inmunidad de aparatos eléctricos en ambientes industriales.

26 Pruebas tecnológicas - Parte electrónica - EMC Ambient tales Compatibilidad d Electromagn nética (EMC) Prueba Norma Nivel de severidad requerido 1 Temperatura IEC (baja) IEC (alta) Temperatura ambiente de: -10 C a 16 h Temperatura ambiente de: 50 C a 16 h 2 Temperatura y humedad IEC C a 50 C con 93 % de HR 3 Onda oscilatoria amortiguada IEC MHz < f < 1,5 MHz 25 2,5 kv < kv <30 <3,0 kv de cresta de primer ciclo 4 Transitorios rápidos IEC ±4 kv a ±5 kv 5/50 ns 5 Inmunidad a campos IEC V/m; (80 a 1 000) MHz electromagnéticos radiados AM 80 %, 400 Hz 6 Interrupciones y caídas de IEC Interrupciones tensión 95 %/5 s Caídas 30 %/10 ms 60 %/100 ms 7 Descargas electrostáticas IEC Nivel 4 ±8 kv al contacto ± 15 kv al aire 8 Tensión de impulso IEC kv (valor cresta) 1,2/50 µs Tres impulsos positivos y tres impulsos negativos CFE GA4L0-56, Regulador de velocidad electrohidráulico con control digital programable para turbinas de centrales termoeléctricas.

27 Recomendaciones para pruebas tecnológicas Parte electrónica -EMC Fenómeno Transitorio 1,2/50 us, línea a tierra y de línea alínea Norma Básica NMX-J-550/4-5 IEC Nivel 2 1 Local (l) Valor de prueba 1 kv 0,5 kv Conexiones En campo (f) A equipo de AT (h) Valor Valor Nivel de Nivel de prueba prueba kv 1 kv kv 2 kv Comunicaciones (t) Valor Nivel de prueba kv 2 kv Observaciones Para líneas balanceadas y un bus de datos corto, véase la tabla A1 en la norma básica La prueba se realiza a Onda oscilatoria NMX-J-550/ kv 2,5 kv 2,5 kv amortiguada IEC ,5 kv 1 kv 1 kv 1 MHz. Ráfagas de transitorios NMX-J-550/4-4 La razón de repetición de 3 1 kv 4 2 kv X 4 kv X 4 kv eléctricos rápidos IEC kHzseusaa4kV 2,5 a kv. Perturbaciones NMX-J-579/4-6 conducidas, inducidas 3 10 kv 3 10 V 3 10 V 3 10 V 10 V = 140 db(µv) IEC por campos de RF El criterio de funcionamiento para cada prueba, es conforme a VI y tabla 5.

28 Recomendaciones para pruebas tecnológicas Parte electrónica -EMC Fenómeno Abatimientos de tensión (sag, dip) Interrupciones de tensión Transitorio 1,2/50 us, línea a tierra y de línea a línea Ráfagas de transitorios eléctricos rápidos Onda oscilatoria amortiguada Rizo en alimentación de c.d. Norma Básica NMX-J-550/4-11 IEC (c.a) IEC (c.d) Equipo instalado en: Centrales y subestaciones de MT (G) Subestaciones de AT (H) Nivel Valor de prueba Nivel Valor de prueba U 30 % durante 1 período (en c.a) U 60 % durante 50 períodos (en c.a) - U 30 % durante 0,1 s (en c.d) U 60 % durante 0,1 s (en c.d) U 100 % durante 5 período (en c.a) - U 100 % durante 50 períodos (en c.a) U 100 % durante 0,05 s (en c.d) 4 4 kv (en c.a) NMX-J-550/ kv (en c.a y c.d) 3 2 kv (en c.a y c.d) IEC kv (en c.a y c.d) 2 1 kv (en c.d) NMX-J-550/4-4 IEC NMX-J-550/4-12 IEC kv (en c.a y c.d) 4 4 kv (en c.a y c.d) 2 1 kv (en c.a y c.d) 0,5 kv (en c.a y c.d) IEC % Un (en c.d) 3 2,5 kv (en c.a y c.d) 1 kv (en c.a y c.d) Observaciones No aplica a puertos de salida de c.a y c.d. Aplica a terminales de c.a. y en casos especiales a terminales de c.d. La razón de repetición de 2,5 khz se usa a 4 kv. La prueba se realiza a 1 MHz. No aplica a puertos de salida de c.a y c.d. Perturbaciones conducidas, inducidas por campos de RF NMX-J-579/4-6 IEC El criterio de funcionamiento para cada prueba, es conforme a VI y tabla kv (en c.a y c.d) 3 10 V (en c.a y c.d) -

29 Conclusiones 1. En resumen, la aplicación de pruebas de inmunidad a equipos eléctricos/electrónicos que se utilizan para el control ayudan en gran medida a evitar que los sistemas presenten anomalías en el funcionamiento o durante los procesos. 2. En particular en el sistema de potencia, maximiza la disponibilidad tanto del suministro de energía eléctrica así como de los sistemas secundarios de éste, tal como en los equipos de supervisión, adquisición de datos y similares.

30 Conclusiones Se recomienda verificar: a) El cumplimiento de los requisitos de inmunidad (EMC), cuando se instalan equipos nuevos en sistemas ya en uso. Común en la renovación de equipos obsoletos que ya cumplieron su tiempo de vida útil. b) Alentar el uso de normas de producto con requisitos de EMC, para equipos instalados en sistemas de potencia: Equipos de desconexión (cuchillas y restauradores), Equipos de control de velocidad para centrales generadoras (especificaciones de CFE). La tendencia y preocupación de los usuarios de estos equipos eléctricos/electrónicos necesidad que se justifica para contar con equipos más confiables los cuales se obtienen con el cumplimiento de estos requisitos.

31 Fuente de perturbaciones Gracias!!!! Preguntas???. Normalización, ANCE, A.C. Tel: ext Fax: